数学 > 优化与控制
[提交于 2025年3月2日
(v1)
,最后修订 2025年5月19日 (此版本, v2)]
标题: 双通道最小曲面优化方法:用于换热器设计的隐式双重通道最小曲面优化
标题: DualMS: Implicit Dual-Channel Minimal Surface Optimization for Heat Exchanger Design
摘要: 换热器是在从能源系统到化学加工的广泛应用中的关键部件,在这些应用中高效的热管理至关重要。 换热器的设计目标包括在最小化压力损失的同时最大化传热速率,这需要较大的传热界面面积和光滑的内部结构。 先进的设计,如三重周期极小曲面(TPMS),已被证明在优化传热效率方面是有效的。 然而,TPMS设计受到预定义数学方程的限制,限制了它们适应自由形状边界的能力。 此外,TPMS结构本身并不控制流动方向,这可能导致流动停滞和不必要的压力损失。 本文提出了一种名为DualMS的新计算框架,专门用于优化自由形式形状下的双通道极小曲面换热器设计。 据我们所知,这是首次直接针对双流体换热器优化极小曲面,而不是依赖于TPMS。 我们的方法将最大传热问题表述为图上的约束连接最大割问题,流约束指导优化过程。 为了应对不必要的压力损失,我们将极小曲面建模为两种流体之间的分类边界,并引入了一个额外的区域最小化正则化项。 我们采用一种神经网络将空间点映射到二元流类型上,从而能够对其流动骨架进行分类并自动确定表面边界。 与TPMS相比,DualMS在表面拓扑方面表现出更大的灵活性,并且在保持相同材料成本的情况下实现了更好的热性能,同时具有更低的压力损失和相似的传热率。
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